KR20030013090A - 이동통신단말기 위상동기루프에서의 루프필터 - Google Patents

이동통신단말기 위상동기루프에서의 루프필터 Download PDF

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Abstract

본 발명은 코드분할 다중접속(CDMA)방식의 디지털 이동통신단말기의 각 채널에 할당되어진 로컬(Local)주파수를 얻기 위하여 전압제어발진기(VCO)의 입력전압으로 사용되는 직류(DC)전압을 발생하는 루프필터의 록크 타임(Lock time)특성 개선과 싱글 톤(Single tone) 마진을 확보하기 위한 이동통신단말기 위상동기루프에서의 루프필터에 관한 것이다.
이를 위해 본 발명은 소정의 클럭펄스를 생성하여 위상동기루프부, 중간주파 송신부 및 중간주파 수신부로 출력하는 기준 클럭펄스 발생기와, 상기 기준 클럭펄스 발생기로부터의 출력펄스를 비교주파수로 하여 차지펌프 펄스를 생성하여 송, 수신 신호의 위상을 동기시키는 위상동기루프부와, 상기 위상동기루프부로부터 출력되는 차지펌프 펄스를 직류전압으로 변환하는 루프필터와, 상기 루프필터로부터 출력되는 직류전압을 입력받아 로컬주파수로 발진하여 각각 송신측 혼합기와 수신측 혼합기로 출력하여 원하는 주파수를 얻도록 제어하는 전압제어발진기를 포함하여 구성된 것으로서, 루프필터의 록크 타임(Lock time)특성 개선과 싱글 톤(Single tone) 마진을 확보함으로써 위상동기루프(PLL)부를 구성하는 칩을 분수(Fractional) 타입으로 변환할 수가 있는 것이어서, 이에 따라 이동통신단말기의 동화상 구현을 위하여 최적의 데이터 전송속도를 갖도록 하는 효과를 제공한다.

Description

이동통신단말기 위상동기루프에서의 루프필터{Loop filter of phase locked loop in mobile phone}
본 발명은 이동통신단말기 위상동기루프(PLL)에서의 루프필터에 관한 것으로, 특히 코드분할 다중접속(CDMA)방식의 디지털 이동통신단말기의 각 채널에 할당되어진 로컬(Local)주파수를 얻기 위하여 전압제어발진기(VCO)의 입력전압으로 사용되는 직류(DC)전압을 발생하는 루프필터의 록크 타임(Lock time)특성 개선과 싱글 톤(Single tone) 마진을 확보하기 위한 이동통신단말기 위상동기루프에서의 루프필터에 관한 것이다.
주지와 같이 루프필터는 주파수 동기를 맞추어 주기 위해 위상동기루프부에서 소프트웨어적으로 프로그램되어 출력되는 펄스신호를 직류(DC)전압으로 변환하는 역할을 수행하며, 이와 같은 직류전압은 이동통신단말기의 각 채널에 할당되어진 로컬 주파수를 얻기 위하여 다음단의 전압제어발진기(VCO)의 입력전압으로 사용된다.
상기 루프필터는 록크 타임(Lock time)과 위상잡음(Phase noise)특성에 지대한 영향을 미치게 된다.
여기서, 록크 타임이란 이동통신단말기가 채널을 사용할 때 가장 낮은 채널에서 높은 채널로 전환될 때까지 걸리는 시간을 말한다.
예로서, 디지털 셀룰러 폰(DCN)의 경우에는 가장 낮은 채널인 CH1101에서 높은 채널인 CH779 로 전환될 때 걸리는 시간이 된다.
미국 전자 공업협회(EIA)와 미국 통신기기 공업협회(TIA)가 책정한 CDMA 방식의 디지털 셀룰러 시스템의 표준 규격(IS-95A, IS-95B)에 따라 록크 타임이 10㎳ 내외가 되면 이동통신단말기를 작동시키는 데 별 문제가 없으므로 이에 따라 루프필터를 설계하였다.
상기한 디지털 셀룰러 시스템의 표준 규격(IS-95A, IS-95B)에서 업그레이드된 규격IS-2000 에서는 이와 같은 록크 타임이 더욱 빨라지는 추세이며, 잠정적으로는 700㎲ 내외가 되면 이동통신단말기를 작동시키는데는 별 문제가 없다고 보고 있다.
록크 타임이 빨라져야하는 이유는 두 가지로 나눌 수 있다.
첫째로, IS-2000 으로 변환되어 가면서 이동통신단말기의 대기시간을 증대시키기위해서는 현재의 페이징 채널(Paging channel)과는 달리 고속 페이징 채널(Quick paging channel)을 사용해야만 하는데, 이것이 록크 타임과 관련이 있다. 즉, 대기 시간을 증대시키기 위해서는 페이징 채널 슬롯을 모니터링하는 시간을 대폭적으로 단축시켜야 하고, 이를 위해서는 록크 타임이 빨라져야 한다.
둘째로, 현재 CDMA 방식의 이동통신단말기는 동일한 채널을 사용하는 소프트 핸드오프(Soft handoff) 방식을 사용하고 있는데, 향후에 서로 다른 사업자간에 서비스를 제공할 경우 다른 채널로 변환되는 하드 핸드오프(Hard handoff)방식에서는 기지국간의 콜(Call)이 끊기는 경우를 방지하기 위하여 록크 타임을 빠르게 할 필요가 있다.
그러나, 종래의 루프필터는 위상동기루프(PLL)부를 구성하는 칩(Chip)이 정수(Integer) 타입으로서, IS-2000에서 요구하는 록크 타임(700㎲ 내외)을 맞출 수가 없기 때문에 이동통신단말기가 정상적인 동작을 행할 수 없는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하고자하여 제안된 것으로서, 이동통신단말기의 동화상 구현을 위하여 최적의 데이터 전송속도를 갖도록 위상동기루프(PLL)부를 구성하는 칩을 분수(Fractional) 타입으로 변환하고 이에 상응하여 PLL부의 싱글 톤 마진을 확보하는 동시에 록크 타임을 단축시킬 수 있는 루프 필터를 제공함을 그 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 소정의 클럭펄스를 생성하여 위상동기루프부, 중간주파 송신부 및 중간주파 수신부로 출력하는 기준 클럭펄스 발생기와, 상기 기준 클럭펄스 발생기로부터의 출력펄스를 비교주파수로 하여 차지펌프 펄스를 생성하여 송, 수신 신호의 위상을 동기시키는 위상동기루프부와, 상기 위상동기루프부로부터 출력되는 차지펌프 펄스를 직류전압으로 변환하는 루프필터와, 상기 루프필터로부터 출력되는 직류전압을 입력받아 로컬주파수로 발진하여 각각 송신측 혼합기와 수신측 혼합기로 출력하여 원하는 주파수를 얻도록 제어하는 전압제어발진기를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.
또한 상기한 루프필터는 상기 위상동기루프부의 록크 타임을 조정하기 위하여 1차 및 2차 필터링을 행하는 제1∼제3 콘덴서 및 제1,제2 저항과, 상기 위상동기루프부의 싱글 톤 마진 확보를 위하여 상기 전압제어발진기의 출력신호를 상기 위상동기루프부에 피드백시켜 위상을 비교하도록 3차 필터링을 행하는 제3 저항 및 제4 콘덴서를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.
또한 상기한 위상동기루프부는 분수(Fractional) 타입 칩으로 구성됨을 특징으로 한다.
도1은 본 발명에 의한 위상동기루프에서의 루프필터 블록 구성도.
도2는 본 발명에 의한 위상동기루프에서의 루프필터 상세 회로도.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
1: 기준 클럭펄스 발생기 2, 3: 중간주파 송,수신부
4: 위상동기루프(PLL)부 5: 루프 필터
6: 전압제어발진기(VCO) R1,R2,R3: 저항
C1,C2,C3,C4: 콘덴서
이하, 본 발명을 첨부된 실시예의 도면을 참조하여 설명한다.
도1은 본 발명에 의한 위상동기루프에서의 루프필터 블록 구성도를 나타낸 것으로서, 소정의 클럭펄스를 생성하여 위상동기루프부, 중간주파 송신부(2) 및 중간주파 수신부(3)로 출력하는 기준 클럭펄스 발생기(1)와, 상기 기준 클럭펄스 발생기(1)로부터의 출력펄스를 비교주파수로 하여 차지펌프 펄스를 생성하여 송, 수신 신호의 위상을 동기시키는 위상동기루프부(4)와, 상기 위상동기루프부(4)로부터 출력되는 차지펌프 펄스를 직류전압으로 변환하는 루프필터(5)와, 상기 루프필터(5)로부터 출력되는 직류전압을 입력받아 로컬주파수로 발진하여 각각 송신측 혼합기(7)와 수신측 혼합기(8)로 출력하여 원하는 주파수를 얻도록 제어하는 전압제어발진기(6)를 포함하여 구성된다.
또한, 도2는 도1에 도시된 루프필터(5)의 상세 회로도를 나타낸 것으로서, 상기 위상동기루프부(4)의 록크 타임을 조정하기 위하여 1차 및 2차 필터링을 행하는 제1∼제3 콘덴서(C1,C2,C3) 및 제1,제2 저항(R1,R2)과, 상기 위상동기루프부(4)의 싱글 톤 마진 확보를 위하여 상기 전압제어발진기(6)의 출력신호를 상기 위상동기루프부(4)에 피드백시켜 위상을 비교하도록 3차 필터링을 행하는 제3 저항(R3) 및 제4 콘덴서(C4)를 포함하여 구성된다.
이와 같이 구성된 본 발명의 동작을 첨부된 도면 도1 및 도2를 참조하여 설명한다.
먼저, 도1에 도시한 바와 같이 기준 클럭펄스 발생기(1)로부터 출력되는 소정의 클럭펄스는 위상동기루프부(4)의 비교주파수로 사용되는 동시에 중간주파송신부(2)와 중간주파수신부(3)로 출력된다.
상기한 위상동기루프부(4)에서는 소프트웨어적으로 프로그램되어 출력되는 차지펌프 펄스가 루프필터(5)를 거쳐 직류(DC)전압으로 변환되며, 이와 같은 직류(DC)전압에 의해 전압제어발진기(6)가 각각의 로컬(Local)주파수로 발진하게 되고, 이후 송신측 혼합기(7)와 수신측 혼합기(8)로 출력되어 혼합되므로 원하는 주파수를 얻을 수가 있다.
한편, 위상동기루프부(4)의 전압제어발진기(6)의 출력은 피드백제어단에 가해져 위상을 비교하게 된다.
상기한 루프필터(5)의 동작을 도2를 참조하여 보다 상세히 설명한다.
이동통신단말기를 동기화 할 수 있는 데이터를 디지털신호 프로세서(MSM5000)의 3개의 직렬데이터, 즉 PLL_CLK, PLL_DATA, UHF_EN을 통하여 위상동기루프부(4)에 전달되어 위상동기루프부(4)의 차지펌프 전류에 의한 펄스신호가 콘덴서(C1)에 충전되고 저항(R2)을 통하여 전압제어발진기(6)의 입력단(VT)에 가해진다.
이와 같이 입력단(VT)에 가해진 전압에 따른 주파수가 전압제어발진기(6)의 출력단(OUT)을 통하여 발생하게 되고, 이 출력주파수는 송신측 혼합기(7)와 수신측 혼합기(8)의 로컬신호로 전달되는 동시에 피드백 콘덴서(C4)와 저항(R3)을 통해 위상동기루프부(4)내의 위상검출기로 전달되어 위상을 비교하게 된다.
비교 결과, 만일 위상차가 발생하게 되면 그 차이만큼 위상동기루프부(4)의 차지 펌프 전류값을 조정하여 앞서 설명한 바와 같이 다시 루프(Loop)를 돌게되어 위상동기가 걸리게 되므로 원하는 주파수를 얻을 수가 있다.
여기서, 위상동기루프부(4)의 록크 타임을 조정하기 위하여 제1∼제3 콘덴서(C1,C2,C3) 및 제1,제2 저항(R1,R2)에 의한 1차 및 2차 RC 필터링을 행하고, 상기 위상동기루프부(4)의 싱글 톤 마진 확보를 위하여 제3 저항(R3) 및 제4 콘덴서(C4)에 의한 상기 전압제어발진기(6)의 출력신호를 상기 위상동기루프부(4)에 피드백시켜 위상을 비교하도록 3차 필터링을 행하게 된다.
위에서 설명한 위상동기루프부(4)의 차지펌프 전류는 소프트웨어적으로 제어가 가능하며, 록크 타임(Lock time)과 위상 잡음(Phase noise)특성을 고려하여 선택하여야 한다.
이와 같이 본 발명은 종래의 루프필터가 정수(Integer) 타입의 위상동기루프부를 구성하는 칩으로서는 업 그레이드된 규격 IS-2000의 록크 타임(대략 700㎲정도)을 만족할 수가 없기 때문에 분수(Frational) 타입의 위상동기 루프를 구성하는 칩을 사용할 수 있도록 루프필터의 회로구성을 개선한 것이다.
이와 같은 루프필터 계산식에 의해 각 변수에 대한 간이데이터를 선정한 다음 최적화를 위해 다구치 방법을 사용하는데 이를 간단히 설명하면 다음과 같다.
먼저 변수를 정하고 그 변수에 대한 레벨을 정한 다음 경우의 수를 샘플링하여 실험계획을 세운다.
다음에 그에 대한 실험결과를 측정하고 데이터를 분석한 후 각각의 변수에 대한 최적의 레벨을 선정하여 재차 실험하여 원하는 데이터를 얻게되면 그 결과치를 선택하고, 만일 결과치가 바람직하지 않으면 데이터 분석결과를 참조하여 재차 각 변수에 대한 레벨을 다시 선택하여 실험하고 분석하여 원하는 결과치를 얻게 된다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 코드분할 다중접속(CDMA)방식의 디지털 이동통신단말기의 각 채널에 할당되어진 로컬(Local)주파수를 얻기 위하여 전압제어발진기(VCO)의 입력전압으로 사용되는 직류(DC)전압을 발생하는 루프필터의 록크 타임(Lock time)특성 개선과 싱글 톤(Single tone) 마진을 확보함으로써 위상동기루프(PLL)부를 구성하는 칩을 분수(Fractional) 타입으로 변환할 수가 있는 것이어서, 이에 따라 이동통신단말기의 동화상 구현을 위하여 최적의 데이터 전송속도를 갖도록 하는 효과를 제공한다.

Claims (3)

  1. 소정의 클럭펄스를 생성하여 위상동기루프부, 중간주파 송신부 및 중간주파 수신부로 출력하는 기준 클럭펄스 발생기와,
    상기 기준 클럭펄스 발생기로부터의 출력펄스를 비교주파수로 하여 차지펌프 펄스를 생성하여 송, 수신 신호의 위상을 동기시키는 위상동기루프부와,
    상기 위상동기루프부로부터 출력되는 차지펌프 펄스를 직류전압으로 변환하는 루프필터와,
    상기 루프필터로부터 출력되는 직류전압을 입력받아 로컬주파수로 발진하여 각각 송신측 혼합기와 수신측 혼합기로 출력하여 원하는 주파수를 얻도록 제어하는 전압제어발진기를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 이동통신단말기 위상동기루프에서의 루프필터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 루프필터는 상기 위상동기루프부의 록크 타임을 조정하기 위하여 1차 및 2차 필터링을 행하는 제1∼제3 콘덴서 및 제1,제2 저항과, 상기 위상동기루프부의 싱글 톤 마진 확보를 위하여 상기 전압제어발진기의 출력신호를 상기 위상동기루프부에 피드백시켜 위상을 비교하도록 3차 필터링을 행하는 제3 저항 및 제4 콘덴서를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 이동통신단말기 위상동기루프에서의 루프필터.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 위상동기루프부는 분수(Fractional) 타입 칩으로 구성됨을 특징으로 하는 이동통신단말기 위상동기루프에서의 루프필터.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2008072888A1 (en) * 2006-12-13 2008-06-19 Chang Ho Lee Synchronizing signal extraction circuit for tdd system and method of the signal extraction

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